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高硅铝合金“Si-液膜-Si”单元力学特性及晶间液膜热裂机理研究

批准号:
52071123
项目类别:
面上项目
资助金额:
58.0 万元
负责人:
陈翌庆
依托单位:
学科分类:
金属材料制备与加工
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
陈翌庆

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
高硅铝合金(≥27wt.%)具有较高的热导率、可调节的膨胀系数、低密度及良好的机加工性,正成为国内外新一代空间电子器件封装材料。然而,高硅铝合金在激光封焊时易产生热裂,这与其凝固后期存在的“Si-液膜-Si”晶间液膜组织有关。有关晶间液膜热裂机制至今仍有一些问题没有弄清,现有的晶间液膜热裂模型,其理论结果和实验结果不完全相符。热裂的实验研究试样目前也均为多晶试样,其力学性能反映的是宏观整体的力学性能。目前还无法开展单个晶间液膜单元的力学实验研究,也无法弄清热裂是起源于液膜还是晶粒/液膜界面。本申请项目根据高硅铝合金凝固特点,构建“Si-液膜-Si”单个晶间液膜单元的力学研究系统,结合准固相区液相流变特性的研究,研究高硅铝合金晶间液膜单元的应力-应变本构方程和热裂组织特征,构建理论和实验结果相一致的晶间液膜热裂理论模型,研究晶间液膜热裂的机理,为防止焊件和铸件热裂提供理论指导。
英文摘要
With high thermal conductivity, adjustable expansion coefficient, low density and good machinability, hypereutectic high-silicon aluminum alloy (≥27wt.%) becomes a new packaging material for aerospace electronic devices home and abroad. However, hypereutectic high-silicon aluminum alloy is prone to hot tearing during laser welding, which can be attributed to the formation of intergranular liquid film of “Si-liquid film-Si” at the end of solidification. There are still problems in our understanding of the hot tearing mechanism of intergranular liquid film. In current hot tearing model of intergranular liquid film, theoretical results do not match exactly with experimental results. Current hot tearing experiments use polycrystal samples and the overall mechanical properties only on the macroscopic scale. Up till now, mechanical experimental research cannot be performed on a single intergranular liquid film unit, and whether hot tearing originates form the liquid film or from the grain/liquid film interface cannot be identified. This project constructs a mechanical research system of “Si-liquid film-Si” single intergranular liquid film unit in accordance with the solidification characteristics of hypereutectic high-silicon aluminum alloy. Combining this mechanical research system and the research of rheological properties of liquid alloys in quasi-solid zone, we will study the stress-strain constitutive equation and hot tearing microstructure characteristics of intergranular liquid film unit of high-silicon aluminum alloy, construct the theoretical model of hot tearing of intergranular liquid film with consistent theoretical and experimental results, study the mechanism of intergranular liquid film hot tearing, and provide theoretical reference for preventing hot tearing in welds and castings.
本研究项目研制出二个单晶粒间合金液膜应力应变测试试验研究装置,研究了高硅铝合金单个Si晶粒间共晶合金液膜的应力应变特性,研究表明,晶粒间合金液膜受力拉伸时,液膜易产生颈缩变形和断裂。颈缩变形受作用在液膜上的毛细力和粘性力所控制。研究了液膜温度、液膜拉伸速率、液膜厚度等因素对液膜应力应变的影响。通过正交试验研究发现,影响液膜抗拉强度的因素依次为:液膜厚度、液膜温度和液膜拉伸速率;而影响液膜拉断所需时间的因素依次为:液膜拉伸速率、液膜温度和液膜厚度。液膜越薄、液膜温度越低,液膜的断裂位移越小,即液膜拉断所需的时间越短,使得断裂的液膜越来不及得到相邻晶粒间液膜的补充,热裂倾向性越大。研究了Ce对共晶Al-Si合金液膜应力应变的影响,结果表明,在热裂形成温度范围内,液膜的断裂位移均随Ce含量的增加而逐渐增加。. 结合对半固态Al-Si合金流变性的研究,对高硅铝合金单晶粒间液膜的拉伸断口形貌进行了分析,研究表明,晶间液膜被拉断的位置和液膜厚度有关,对于厚膜,断裂位于液膜内部;而对薄膜,断裂位于液膜与晶粒之间的界面处。. 对晶间液膜热裂形成机理进行了分析研究,认为晶间液膜所受的拉应力来源于合金临近凝固时所形成的固相晶粒骨架的收缩受阻。晶间液膜受拉易产生颈缩变形、断裂,但液膜最终是否形成“凝固裂纹”还取决于相邻晶粒间的液膜流动补缩。晶间液膜受拉产生的颈缩变形使得晶粒间形成负压,与相邻晶粒间的液膜形成压力差,可促进液膜之间的流动补缩。晶间液膜的补缩和厚度、流变性等因素有关,液膜越厚、液膜的流变性越好,产生颈缩变形的液膜越能获得相邻晶粒间液膜的及时补充和弥合,因此厚膜的热裂倾向性相对较小。. 高硅铝合金是应用于航空、航天、电子信息等领域高端电子产品的封装材料,研究高硅铝合金的热裂机理,有助于防止高硅铝合金在激光封装焊接时产生热裂缺陷。更重要的是,本项目研究对进一步弄清合金热裂机理有着积极的促进作用。
Mg/Al液固复合界面的润湿及其凝固脆性相层的抑制机理研究
  • 批准号:
    51571080
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    62.0万元
  • 批准年份:
    2015
  • 负责人:
    陈翌庆
  • 依托单位:
有序海胆状纳米结构设计合成及结构调制光电化学性能机理研究
  • 批准号:
    21071039
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    33.0万元
  • 批准年份:
    2010
  • 负责人:
    陈翌庆
  • 依托单位:
遗传晶界图形催化生长无机半导体纳米线阵列图形的研究
  • 批准号:
    20671027
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    27.0万元
  • 批准年份:
    2006
  • 负责人:
    陈翌庆
  • 依托单位:
自催化VLS法选择定位生长GaN纳米线阵列及其发光特性
  • 批准号:
    20471019
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    8.0万元
  • 批准年份:
    2004
  • 负责人:
    陈翌庆
  • 依托单位:
国内基金
海外基金